package study.算法Algorithm.常用10种算法.克鲁斯卡尔算法;

import javax.swing.text.EditorKit;
import java.util.Arrays;

public class KruskalAlgorithm {

    private int edgeNum;  //边的个数
    private char[] vertexs;  //顶点的数组
    private int[][] matrix; //邻接矩阵
    //使用INF  表示两个顶点不能连通
    private static final int INF = Integer.MAX_VALUE;

    public static void main(String[] args) {
        char[] vertexs = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        int[][] matrix = {          /*A*//*B*//*C*//*D*//*E*//*F*//*G*/
                /*A*/ {0, 12, INF, INF, INF, 16, 14},
                /*B*/ {12, 0, 10, INF, INF, 7, INF},
                /*C*/ {INF, 10, 0, 3, 5, 6, INF},
                /*D*/ {INF, INF, 3, 0, 4, INF, INF},
                /*E*/ {INF, INF, 5, 4, 0, 2, 8},
                /*F*/ {16, 7, 6, INF, 2, 0, 9},
                /*G*/ {14, INF, INF, INF, 8, 9, 0}};

        KruskalAlgorithm kruskalAlgorithm = new KruskalAlgorithm(vertexs, matrix);
//        kruskalAlgorithm.print();
//        EData[] edges = kruskalAlgorithm.getEdges();
//        System.out.println(Arrays.toString(edges));  //未排序
//        kruskalAlgorithm.sortEdges(edges);
//        System.out.println("排序：" + Arrays.toString(edges));

        kruskalAlgorithm.kruskal();

    }

    //构造器
    public KruskalAlgorithm(char[] vertexs, int[][] matrix) {
        //初始化顶点数和边的个数
        int vlen = vertexs.length;
        //初始化顶点数组   这里使用赋值初始化的原因，如果直接使用 this.vertexs =vertexs;
        //内部执行一些操作时，可能会改变 传入的vertexs的结构，  如果不想发生，可使用赋值的办法
        this.vertexs = new char[vlen];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            this.vertexs[i] = vertexs[i];
        }
        //初始化边
        this.matrix = new int[vlen][vlen];
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = 0; j < vlen; j++) {
                this.matrix[i][j] = matrix[i][j];
            }
        }
        //统计边
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = i + 1; j < vlen; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF) {
                    edgeNum++;
                }
            }
        }
    }

    public void kruskal() {
        int inedx = 0;  //表示存放最小生成树数组的索引
        int[] ends = new int[edgeNum];  //用于保存当前放入 最小生成树数组中的顶点的终点
        //创建结果数组，保存最小生成树
        EData[] eData = new EData[edgeNum];
        //获取图中所有边的集合，一共有12条边
        EData[] edges = getEdges();
        //按照边的权值大小  排序
        sortEdges(edges);
        //遍历 边的数组   将边添加到最小生成树时，是否构成回路 ,如果没有就加入到最小生成树数组中
        for (int i = 0; i < edgeNum; i++) {
            //获取到第i条边的第一个顶点(起点)
            int p1 = getPosition(edges[i].start);
            //获取到第i条边的第二个顶点（终点）
            int p2 = getPosition(edges[i].end);

            //获取p1顶点在已有的最小生成树的终点
            int m = getEnd(ends, p1);
            //获取p2顶点在已有的最小生成树的终点
            int n = getEnd(ends, p2);
            //判断是否构成回路
            if (m != n) {  //没有构成回路
                ends[m] = n;   //设置m在  已有最小生成树中的终点
                eData[inedx++] = edges[i];  //将当前边加入最小生成树数组
            }
        }
        //统计并打印“最小生成树”
        System.out.println("最小生成树为：");
        for (int i = 0; i < inedx; i++) {
            System.out.println(eData[i] );
        }
    }

    //打印邻接矩阵
    public void print() {
        System.out.println("邻接矩阵为：");
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = 0; j < vertexs.length; j++) {
                System.out.printf("%12d", matrix[i][j]);
            }
            System.out.println();
        }
    }

    //对边进行排序处理
    private void sortEdges(EData[] eData) {
        for (int i = 0; i < eData.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < eData.length - 1 - i; j++) {
                if (eData[j].weight > eData[j + 1].weight) {
                    EData temp = eData[j];
                    eData[j] = eData[j + 1];
                    eData[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
    }

    //传入一个顶点  返回对应的下标,若找不到返回-1
    private int getPosition(char ch) {
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            if (vertexs[i] == ch) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /*
        获取图中的边，放到Edata[]数组中，后面需要遍历该数组
        是通过 matrix 邻接矩阵来获取
     */
    private EData[] getEdges() {
        int inedx = 0;
        EData[] eData = new EData[edgeNum];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = i + 1; j < vertexs.length; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF) {
                    eData[inedx++] = new EData(vertexs[i], vertexs[j], matrix[i][j]);
                }
            }
        }
        return eData;
    }

    /**
     * 功能：获取下标为i的顶点的终点，用于判断两个顶点的重点是否相同，即是否形成回路
     *
     * @param ends 这个数组  记录了当前各个顶点对应的终点 ，在循环过程中终点可能会变化
     * @param i    顶点对应的下边
     * @return 下标为i的顶点对应的终点下标
     */
    private int getEnd(int[] ends, int i) {
        while (ends[i] != 0) {
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }
}

//定义一个  表示边的类
class EData {
    char start;//  边的一个点
    char end;  //边的另外一个点
    int weight;  //边的权值

    public EData(char start, char end, int weight) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "EData{" +
                "start=" + start +
                ", end=" + end +
                ", weight=" + weight +
                '}';
    }
}
